CN103904310A - 一种混合镍钴锰酸锂材料制备方法 - Google Patents

一种混合镍钴锰酸锂材料制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种混合镍钴锰酸锂材料制备方法，通过大小颗粒掺混制得低比表面积、高压实、高倍率的锂电正极材料。方法工艺简单，操作方便，容易实现工业化生产，而且生产过程无污染。

Description

一种混合镍钴锰酸锂材料制备方法
技术领域
本发明属锂离子电池正极材料技术领域，具体涉及一种可提高材料压实密度，倍率性能的混合镍钴锰酸锂材料的制备方法。
背景技术
锂离子二次电池具有能量密度大、工作电压高、循环性能好、自放电小、体积小等特点，已经在移动通信设备、小型电子产品、航空航天及生物医药等领域得到广泛应用。离子二次电池的性能主要由其正极材料决定，目前商品化的几类正极材料之中，钴酸锂占据了60%以上的市场份额，除去价格因素，钴酸锂材料的比容量已达到安全稳定使用的上线，面对电子产品日益提高的能量密度需求已显得无能为力。而锰酸锂的低容量、磷酸亚铁锂材料较差的产品一致性也都决定它们无法满足市场对消费型锂电材料的要求。
同比之下，镍钴锰多元材料在能量密度上优势非常明显。与钴酸锂相比，镍钴锰多元材料的容量和能量密度接近，安全性更好，且生产成本更低。而在动力锂电领域，由于多元材料具备高性价比的同时又兼具高安全性的特点，使得其单独使用或者和锰酸锂的掺混使用已经成为国际市场车用动力电池使用的主流。
目前公知的镍钴锰酸锂材料的制备技术已相对成熟，如专利CN201010104598.0、CN200310108524.4所披露的使用前驱体Ni(1-x-y)MnxCoy（0H）2+锂盐按一定比例混合，在于氧气或空气气氛中煅烧制备；又如专利CN200910110833.2所披露的是将前驱体和锂加去离子水混合，干燥得混合物料；然后将干燥好的物料进行一次烧结，再经破碎分级得初级物料；最后将上一步获得的产物再进行二次烧结，完成后经过筛、分级获得成品。但是这些方法都是制备单一粒径或粒径分布相对较窄的镍钴锰酸锂材料的，这些材料都还是存在着比表面积小、压实、容量倍率偏低等问题。所以需要在现有镍钴锰酸锂材料制备技术基础上建立一种工艺简单，可有效提高产品压实、容量倍率的制备方法。
发明内容
本发明的目的是向本领域公开一种混合锂电正极镍钴锰酸锂材料制备方法，本方法可以大幅度提供产品能量密度，并且该产品工艺简单，操作方便，容易实现工业化生产，而且生产过程无污染，环境友好。根据本方法制得的产品具有高能量密度、高安全性、低成本的综合优良性能。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种混合锂电正极镍钴锰酸锂材料制备方法，主要包括以下步骤：
（1）大颗粒锂电正极镍钴锰酸锂材料制备
按一定比例充分混合Ni(1-x-y)MnxCoy（0H）2前驱体和锂盐，混合料600~1200℃条件下烧结8~20h，破碎得D50=10~20um的大颗粒镍钴锰酸锂粉体。
（2）小颗粒锂电正极镍钴锰酸锂材料制备
按一定比例充分混合Ni(1-x-y)MnxCoy（0H）2前驱体和锂盐，混合料500~1000℃条件下烧结8~20h，破碎得D50=2~7um的小颗粒镍钴锰酸锂粉体。
（3）大小颗粒掺混
将步骤（1）、（2）中制得的大小颗粒粉体按照摩尔比范围1:1~9:1进行混合，得均匀混合的LiaNi(1-x-y)MnxCoyO2（0.95≤a≤1.10）粉体。
上述制备方法中，步骤（1）中所述的Ni(1-x-y)MnxCoy（0H）2前驱体粒径范围是D50=10~18um，0.2≤x≤0.3，0.2≤y≤0.3。
上述制备方法中，步骤（1）中所述的前驱体与锂盐混合的摩尔比为（Ni(1-x-y)MnxCoy）：Li=1:1.00~1：1.10。
上述制备方法中，步骤（2）中所述的Ni(1-x-y)MnxCoy（0H）2前驱体粒径范围是D50=2~6um，0.2≤x≤0.3，0.2≤y≤0.3。
上述制备方法中，步骤（2）中所述的前驱体和锂盐混合的摩尔比为（Ni(1-x-y)MnxCoy）：Li=1:0.95~1：1.05。
上述制备方法中，所述的锂盐可以是碳酸锂、硝酸锂、氢氧化锂、氧化锂等中的一种或其中几种的混合物。
本发明的一种混合锂离子电池正极镍钴锰酸锂材料制备方法，通过大小颗粒掺混技术制得高压实、高倍率、高容量的多元镍钴锰酸锂电池正极材料。该方法工艺简单，操作方便，容易实现工业化生产，而且生产过程无污染，环境友好。
附图说明
图1为实施例1及对比例1中充放电曲线对比图；
图2为实施例1及对比例1中3C/0.1C倍率对比图；
图3为实施例1中所制得的产物电镜图。
具体实施方法
以下通过实施例和附图具体说明本发明的实施方式。
实施例1
按摩尔比1:1.05混合15um的Ni0.5Mn0.3Co0.2（0H）2前驱体和Li2CO3在空气气氛中900℃下烧结15h，破碎得D50=16um的大颗粒料；按摩尔比1:1.00混合5um的Ni0.5Mn0.3Co0.2（0H）2前驱体和Li2CO3在空气气氛中850℃下烧结15h，破碎得D50=5um的小颗粒料；将所制得的大小颗粒料按2.3:1混合，得最终均匀LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2粉体产物。测得粒度D50=12um，粉末压实密度=3.43g/cm3，0.1C放电容量为163mAh/g，倍率性能3C/0.1C为82.8%。
对比例1
按摩尔比1:1.05混合11.0um的Ni0.5Mn0.3Co0.2（0H）2前驱体和Li2CO3，900℃下烧结15h，破碎得D50=12um料；测得粒度D50=12um粉末压实密度=3.25g/cm3，0.1C放电容量为158mAh/g，倍率性能3C/0.1C为78.6%。
比较实施例1和对比例1可发现混合材料相关电性能有显著提高。
实施例2
按摩尔比1:1.03混合10um的Ni0.49Mn0.31Co0.2（0H）2前驱体和LiOH，在空气气氛中630℃下烧结19h，破碎得D50=10.3um的大颗粒料；按摩尔比1:0.95混合2um的Ni0.49Mn0.31Co0.2（0H）2前驱体和LiOH，在空气气氛中530℃下烧结19h，破碎得D50=2.2um的小颗粒料；将所制得的大小颗粒料按1.5:1混合，得均匀LiNi0.49Mn0.31Co0.2O2粉体。测得测得粒度D50=7.06um粉末压实密度=3.35g/cm3，0.1C放电容量为161mAh/g，倍率性能3C/0.1C为83.0%。
实施例3
按摩尔比1:1.08混合13um的Ni0.3Mn0.3Co0.3（0H）2前驱体和LiOH，在空气气氛中980℃下烧结18h，破碎得D50=14.5um的大颗粒料；按摩尔比1:1.04混合2.5um的Ni0.3Mn0.3Co0.3（0H）2前驱体和LiOH，在空气气氛中900℃下烧结18h，破碎得D50=3.5um的小颗粒料；将所制得的大小颗粒料按7:1混合，得均匀LiNi0.28Mn0.28Co0.28O1.86粉体。测得测得粒度D50=13.0um粉末压实密度=3.45g/cm3，0.1C放电容量为156mAh/g，倍率性能3C/0.1C为87.0%。
实施例4
按摩尔比1:1.10 18.0um的Ni0.3Mn0.3Co3（0H）2前驱体和116KGLi2O，在空气气氛中1000℃下烧结10h，破碎得D50=19.5um的大颗粒料；按摩尔比1:1.05混合6um的Ni0.3Mn0.3Co0.3（0H）2前驱体和LiO2，在空气气氛中980℃下烧结10h，破碎得D50=7.0 um的小颗粒料；将所制得的大小颗粒料按4:1混合，得均匀LiNi0.51Mn0.29 Co0.2O2粉体。测得测得粒度D50=17.2um粉末压实密度=3.37g/cm3，0.1C放电容量为158mAh/g，倍率性能3C/0.1C为88.0%。
实施例5
按摩尔比1:1.00混合12um的Ni0.6Mn0.2Co0.2（0H）2前驱体和LiOH，在空气气氛中1150℃下烧结20h，破碎得D50=13.2um的大颗粒料；按摩尔比1:0.98 5um的Ni0.6Mn0.2Co0.2（0H）2前驱体和LiOH，在空气气氛中880℃下烧结20h，破碎得D50=5.5um的小颗粒料；将所制得的大小颗粒料按6:1混合，得均匀Li1.00Ni0.6Mn0.2Co0.2O2粉体。测得测得粒度D50=11.3um粉末压实密度=3.42g/cm3，0.1C放电容量为168mAh/g，倍率性能3C/0.1C为82.0%。

Claims (8)

1.一种混合镍钴锰酸锂材料制备方法，其特征在于：采用物理方法按比例充分混合大、小颗粒镍钴锰酸锂材料以得到最终混合镍钴锰酸锂材料。
2.根据权利要求1所述的混合镍钴锰酸锂材料制备方法，其特征在于所述的大颗粒镍钴锰酸锂材料的粒径范围是D50=10~20um；小颗粒镍钴锰酸锂材料的粒径范围是D50= 2~7um。
3.根据权利要求1或2所述的混合镍钴锰酸锂材料制备方法，其特征在于所述的大、小颗粒镍钴锰酸锂的混合摩尔比为范围为1:1~9:1。
4.根据权利要求1所述的混合镍钴锰酸锂材料制备方法，其特征在于所述的大颗粒镍钴锰酸锂材料的制备方法是：充分混合D50=10~18um的Ni(1-x-y)MnxCoy（0H）2（0.2≤x≤0.3、0.2≤y≤0.3）前驱体和锂盐，600~1200℃下烧结8~20h后，破碎。
5.根据权利要求4所述的混合镍钴锰酸锂材料制备方法，其特征在于所述的前驱体和锂盐的摩尔比为（Ni(1-x-y)MnxCoy）：Li=1:1.00~1：1.10。
6.根据权利要求1所述的混合镍钴锰酸锂材料制备方法，其特征在于所述的小颗粒镍钴锰酸锂材料的制备方法是：充分混合D50=2~6um的Ni(1-x-y)MnxCoy（0H）2（0.2≤x≤0.3、0.2≤y≤0.3）前驱体和锂盐，500~1000℃下烧结8~20h后，破碎。
7.根据权利要求6所述的混合镍钴锰酸锂材料制备方法，其特征在于所述的前驱体和锂盐的摩尔比为（Ni(1-x-y)MnxCoy）：Li=1:0.95~1.05。
8.根据权利要求4或6所述的混合镍钴锰酸锂材料制备方法，其特征在于所述的锂盐为碳酸锂、硝酸锂、氢氧化锂、氧化锂中的一种或其中几种的混合物。
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